建筑工程之土的物理性质及分类

※ 几个特殊粒径：d10, d30 , d60 小于某粒径的土颗粒质量累积
百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径 d10。与之类似可以得到d30和d60（限定粒径）。 ※ 土颗粒的级配指标：
不均匀系数 Cu= d60/ d10
曲率系数 Cc=(d30)2/(d60× d10)
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Cu反映大小不同粒组的分布情况。 Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围 越大，其级配良好。
值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘
性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土 的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等)。
液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑限 的差值与塑性指数的比值。
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液性指数可以表示粘性土 所处的软硬状态。液性指数的 值越大，表示土质越软。 三、粘性土的灵敏度和触变性
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Ⅰ Ⅰ : Ip=0.63(wl-20) Ⅱ : Ip=10 Ⅲ : wl=40%
wl
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有机质土可在相应的土类 代号之后缀以代号O，如CHO， MHO等。 《土的分类标准》：
1.粗粒土（试样中粗粒组质量≥总质量的 50%）；
2.细粒土（试样中细粒组质量≥总质量的 50%）；
3.含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量为 总质量的25~50%）。
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蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩） 伊里石：亲水性中等 高岭石：亲水性差
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二、土的液相
土中水
结合水 自由水
强结合水 弱结合水 重力水 毛细水
※ 土的含水量试验所测定的为土中的自由 水和弱结合水。
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三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位
由气体充填。 土中的气体若与大气相通，则对土的力学
※ 土粒比重ds：土粒质量与同体积的4℃时 纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度， 但无量纲。在试验室用“比重瓶法”测定， 一般土粒比重的变化幅度不大。
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※ 土的含水量w：土中水的质量 与土粒质量之比。在试验室一般用 “烘干法”测定。一般来说，同一类土，当 含水量增大时，其强度就降低。
※ 土的密度ρ：土单位体积的质量。在试验 室一般用“环刀法”测定。
性质影响不大;若与大气隔绝，使土的压缩性 提高，透水性减小。
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四、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的
大小、形状、相互排列及其联结关系等因素 形成的综合特征。
紧密 单粒结构：d>0.075mm
疏松 蜂窝结构：d=0.005~0.075mm（粉粒） 絮状结构：d<0.005mm（粘粒在海水中） 分散结构：d<0.005mm（粘粒在淡水中）
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第6节 土的渗透性
土的渗透性：水流通过土中孔隙难易程 度的土体性质。
达西定律：土中渗流速度v与水力梯度i 之间呈线性比例关系（比例常数k称为渗透 系数）。公式表示为： v=ki
在砂性土中水的流动满足达西定律。
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在粘性土中只有当水头梯度 超过起始梯度（临界梯度，梯度 阈值）才开始发生渗流。
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Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的 整体形状。 在一般情况下，
<5，均粒土，为级配不良 Cu
>10，级配良好
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单独用Cu来确定土的级配情况是 不够的，需同时参考Cc。
砾类土或砂类土
Cu≥5 Cc=1~3
级配良好
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（二）土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要
影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。
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无粘性土的相对密实度Dr： 无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之差
和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。
Dr=(emax-e)/( emax - emin )
相对密实度的值介于0~1之间，值越大， 表示越密实。
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第5节 粘性土的物理特征
一、粘性土的界限含水量 同一种粘性土随着含水量的不同，可分
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第2章 内容勘误
1.p24：从土上粒向下第8行“单位土体积…… 扣除同体积水的质量后” 2.p27：从粒上向下第5行“是因为它所具有 的单粘结构决定的” 3.p33：60表m1m-18从上向下第3行“粒径大于 20mm的颗粒超过全重50%” 土 4.p35：表1-21第1行“粉质粘上”
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第2章 重点内容
别处于固态、半固态、可塑状态和流动状 态。粘性土由一种状态转到另一种状态的 分界含水量，称为界限含水量。
缩限ws 塑限wp
液限wl
0
w
固态 半固态 可塑状态 流动状态
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液限：
液限仪
锥式液限仪 碟式液限仪
塑限：搓条法
液限 塑限
液塑限 联合测定仪
横坐标：土样含水量 纵坐标：圆锥入土深度
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二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数Ip为液限和塑限的差
土的物理性质及分 类
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土的物理性质及分类
第1节 概述 第2节 土的组成 第3节 土的三相比例指标 第4节 无粘性土的密实度 第5节 粘性土的物理特征 第6节 土的渗透性 第7节 地基土（岩）的分类
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风化作用
第1节 概述
※ 土是岩石风化的产物。 物理作用：岩石产生量的变化 化学作用 岩石产生质的变化 生物作用
现有学者将含水量改称为“含水率”，从 无量纲上与定义是符合了，但本人认为似乎 还不确切，因为“率”一般反映某相关部分 占整体的比例（与时间有关的名词排除在外， 如速率），如“升学率”、“效率”、“孔 隙率”等；而“含水量”的定义却是整体中 部分与部分的比值，所以称“含水率”
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似也不妥，建议称为“含水比” 或“水比”。“水比”似更好 一些，亦可与“孔隙比”相比照。 2.“液性指数”的名称：
原生矿物 土颗粒的矿物成分 次生矿物
原生矿物：包括石英、长石和云母等。 为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较 为稳定。
次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。
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的基本单元 粘土矿物结构
次生矿物主要是粘土矿物。
硅氧四面体
硅氧晶片
铝氢氧八面体 铝氢氧晶片
由于晶片结合的情况不同，便形成了具 有不同性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、 伊里石和高岭石。
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残积土
土
风成沉积土
运积土 水成沉积土
冰川沉积土
※ 土是三相体。
固相（土颗粒） 土 液相（水）
气相（气）
4
※ 饱和土中的孔隙均被水所充填， 所以饱和土为二相体。
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第2节 土的组成
一、土的固相 （一）土的颗粒级配 ※ 按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组， 称为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限 粒径。
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※ 关于几个问题的讨论 1.“含水量”的名称：
一个指标的名称应能准确地反映其所表示 的内容和意义。用中国传统的词语习惯， “量”应为一量词，是有量纲（或单位） 的，如“质量”（单位为g或kg）、“重量” （单位为N或kN）等。
而从“含水量”的定义看，它是两个质量 之比，是无量纲的。
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所以从名称的科学化、规范 化的角度，从不至于造成混淆、 便于理解的意义上，本人认为“含水量”的 名称需更改。
《中国国家标准汇编》（GB 7876-87）中 是这样定义“烧失量”的：烧失量不包括吸 湿水，仅包括有机质和水合水，石灰性土壤 中还包括二氧化碳。
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由烧失量的定义可知：有 机质含量高，烧失量就高；烧 失量高，有机质含量却并不一定高。也就是 说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土 中的有机质含量水平。因此，烧失量与有机 质含量是两个不能相等同的概念，二者之间 既有联系又存在着区别。
而现行的规范却把两个不同的概念混同了。
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由此可见，以与有机质含量 不同概念的烧失量作为判定是否 为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。 本人建议应当及时地修订现行规范中的有关 条款和内容，制定以真正的有机质含量作为 衡量指标的科学的判定标准。 4.“孔隙率”：
从实用价值上看，在土力学中，“孔隙率” 这个指标的实用意义不大，况且与“孔隙比” 的关系过于简单，两者保留一个即可。这不 是原则问题。
粗粒土：按颗粒大小及级配分类 土
细粒土：按塑性图分类
土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指 标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含 水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限 却可能完全不同，土性也可能很不相同。
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细粒土的科学合理的分类，应综合 考虑塑性指数和液限（或塑限）。
Ip
Ⅲ CH
CL
Ⅱ 0
MH ML
干密度
干重度
土的密度
饱和密度
饱和重度
有效密度
有效重度
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※ 土的孔隙比e：土中孔隙体积 与土粒体积之比。可以用来评价 天然土层的密实程度。
※ 土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体 积之比。
※ 土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积 与孔隙总体积之比。
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第4节 无粘性土的密实度
※ 无粘性土的密实度与其工程性质有着密 切的关系。呈密实状态时，为良好地基； 呈疏松状态时，为不良地基。 ※ 无粘性土的最小孔隙比emin：处于最紧 密状态的孔隙比。在试验室可用“振击法” 测定。 ※ 无粘性土的最大孔隙比emax：处于最疏 松状态的孔隙比。在试验室可用“漏斗法” 或“量筒法”测定。
特殊土：软土、黄土、膨胀土等
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※ 土按有机质含量（Wu）的分类
无机土： Wu <5%
Βιβλιοθήκη Baidu
土
有机质土：10% ≥ Wu ≥ 5% 泥炭质土： 60%≥ Wu > 10%
泥炭： Wu > 60%
注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。 【引自 中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察 规范》（GB 50021-94）】
1.土的颗粒级配，级配指标 2.土中水的分类 3.土的结构 4.土的三相比例指标的定义 5.相对密实度 6.粘性土的灵敏度和触变性 7.土的工程分类原则 8.软土的物理力学特性
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物理力学特性 软土的
※ 软土：指在静水或非常缓慢 的流水环境中沉积，经生物化学 作用下形成的软弱土。
天然孔隙比大： e>1 天然含水量高：w≥wl 抗剪强度低 压缩系数高 渗透系数小 灵敏度高
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软土
淤泥：e≥1.5 淤泥质土：1.5 > e≥1.0
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三、细粒土按塑性图分类
※ 粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。
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土的结构
第3节 土的三相比例指标
※ 土的三相比例指标定量反映了土的三相 的组成情况，有助于理解土的基本物理性 质。 ※ 土是三相体。
固相（土颗粒） 土 液相（水）
气相（气）
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为了对土的基本物理性质有所 了解，需要对土的三相的组成情况 进行定量研究。表示土的三相组成比例关系 的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒 比重ds、含水量w、密度ρ、孔隙比e、孔隙 率n和饱和度Sr。
第7节 地基土（岩） 的分类
一、岩石的工程分类 （一）岩石按坚硬程度分类 1.硬质岩石（qu≥30MPa） 2.软质岩石（qu < 30MPa） （二）岩石的风化程度 1.微风化 2.中等风化 3.强风化
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二、土的工程分类
工程用土
巨粒土：>60mm
一般土
粗粒土 细粒土
砾类土：2~60mm
砂类土：0.075~2mm 粉土：<0.075mm 粘土：<0.075mm
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颗分试验
根据颗粒大小分析试验结果， 可以绘制颗粒级配累积曲线（横 坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小 于某粒径的土重含量，用常数坐标表示）。
颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的 均匀程度。
曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗 粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬 殊，土颗粒不均匀，级配良好。
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“塑性指数”为两个含水量（液限和塑限） 之差，而“液性指数”却为两个含水量之差 的比值，完全不同的概念名称却都用“指数” 的称谓，似欠妥，不便于理解。可否改为 “相对可塑度”，与“液性指数”的定义相 符，也可与无粘性土的“相对密实度”相比 照。
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3.有机质含量与烧失量： 现行的中华人民共和国
国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021-94）在按“有机质含量”对土进行分 类时注明“有机质含量Wu按烧失量试验确 定”。
土的灵敏度：原状土的强度与同一土经重 塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后 的强度之比。
土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动 后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少 对土结构的扰动。
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土的触变性：粘性土的结构 遭到破坏，其强度就会降低，但 随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种 胶体化学性质称为土的触变性。
巨粒：>60mm 土的粒组 粗粒：0.075~60mm
细粒：≤0.075mm
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※ 土颗粒的大小及其组成情况， 通常以土中土颗粒各个粒组的相 对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表 示，称为土的颗粒级配。 ※ 土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试 验（简称颗分试验）测定。
d>0.075mm 筛析法
d<0.075mm 密度计法 移液管法